Фосфор красный белый черный. Красный фосфор — стабильная и безопасная форма фосфора
Фосфор является довольно распространенным химическим элементом на нашей планете. Его название переводится как «светоносный», потому что в чистом виде он ярко светится в темноте. Открыт этот элемент был совершенно случайно, алхимиком Хеннингом Брандом, когда тот пытался извлечь золото из мочи. Так фосфор стал первым элементом, который алхимики смогли добыть с помощью своих экспериментов.
Характеристика фосфора
Он химически очень активен, поэтому в природе его можно встретить только в виде минералов - соединений с другими элементами, которых насчитывается 190 видов. Важнейшее соединение - это фосфат кальция Сейчас известно много разновидностей апатитов, самым распространённым из которых является фторапатит. Из апатитов различных видов слагаются осадочные горные породы - фосфориты.
Для живых организмов фосфор имеет очень важное значение, поскольку входит в состав как растительного, так и животного белка в виде различных соединений.
В растениях этот элемент содержится преимущественно в белках семени, а в организмах животных - в различных белках крови, молока, клетках мозговой и Большое количество фосфора содержится в виде фосфата кальция в костях позвоночных животных.
Фосфор существует в трех аллотропных модификациях: белый фосфор, красный и черный. Давайте рассмотрим их подробнее.
Белый фосфор можно получить, если быстро охладить его пары. Тогда образуется твердое кристаллическое вещество, которое в чистом виде абсолютно бесцветно и прозрачно. Белый фосфор, предназначенный для продажи, обычно окрашен в слегка желтоватый цвет и по своему внешнему виду очень напоминает воск. В холоде это вещество становится хрупким, а при температуре выше 15 градусов приобретает мягкость, и его можно легко разрезать ножом.
В воде белый фосфор не растворяется, но зато хорошо поддается органическим растворителям. На воздухе он очень быстро окисляется (начинает гореть) и при этом светится в темноте. Собственно, представления о светящейся субстанции и детективные рассказы о связаны именно с белым фосфором. Он является сильным ядом, который смертельно действует даже в малых дозах.
Красный фосфор - это твердое вещество темно-красного цвета, которое по своим свойствам разительно отличается от описанного выше. Окисляется на воздухе он очень медленно, в темноте не светится, загорается только при нагревании, в органических растворителях его растворить невозможно, и он не является ядовитым. При сильном нагревании, при котором отсутствует доступ воздуха, он, не плавясь, превращается в пар, из которого при охлаждении и получается белый фосфор. При горении обоих элементов образуется оксид фосфора, что доказывает наличие в их составе одного и того же элемента. Иначе говоря, они образованы одним элементом - фосфором - и являются его аллотропными модификациями.
Черный фосфор получают из белого при 200 градусах Цельсия под высоким давлением. Он имеет слоистую структуру, металлический блеск и внешне похож на графит. Из всех твердых видов данного вещества он наименее активный.
Считается, что фосфор — это светящийся в темноте минерал, ядовитый и огнеопасный. Но это только часть правды об этом удивительном элементе. Фосфор бывает и иным, с прямо противоположными свойствами.
Что такое красный фосфор?
Фосфор может существовать в нескольких вариантах (аллотропических формах), которые сильно отличаются своими физическими и химическими свойствами. Причиной этого являются различия в строении. Например, кристаллическая решетка белого фосфора молекулярная, а решетка красного фосфора — атомная. Благодаря ей он медленно реагирует с другими веществами , стабилен на воздухе в обычных условиях (белый фосфор на воздухе воспламеняется). Всего у фосфора найдено более двадцати модификаций, четыре из которых стабильны (белый, красный, черный и металлический фосфор), остальные — нестабильны.
Красный фосфор представляет собой очень интересное вещество, естественный неорганический полимер с формулой (Р 4)n и весьма сложной структурой из пирамидально связанных атомов.
Свойства красного фосфора в некоторой степени зависят от условий его получения. Изменяя температуру, свет и катализаторы, можно создавать виды красного фосфора с прогнозируемыми свойствами.
Первооткрывателем красного фосфора является австриец А.Шрёттер, который получил его, нагревая запаянную ампулу с белым фосфором и угарным газом при температуре +500 °С.
Свойства красного фосфора
Красный фосфор получают методом продолжительного нагревания белого фосфора при высоких температурах (250-300 °С) без доступа воздуха. Цвет вещества варьируется от пурпурно-красного до фиолетового.
Красный фосфор, в отличие от своего более известного «собрата», белого фосфора, является твердым веществом, не люминесцирует, практически ни в чем не растворим (ни в воде, ни в органических растворителях, ни в сероуглероде). Он не ядовит, самовоспламеняется на воздухе только при температуре +240-260 °С (на самом деле воспламеняется не сам красный фосфор, а его пары, которые после охлаждения превращаются в белый огнеопасный фосфор).
Плотность красного фосфора выше, чем у белого и равна 2,0 - 2,4 г/см3 (в зависимости от конкретной модификации).
На воздухе красный фосфор поглощает влагу, окисляется, превращаясь в оксид; продолжая впитывать влагу, переходит в густую фосфорную кислоту («отмокает»). Ввиду этого, реактив следует герметично укупоривать, лишая доступа к воздушной влаге. При нагревании красный фосфор не плавится, а возгоняется (испаряется). После конденсации пары вещества превращаются в белый фосфор.
Применение красного фосфора
Красный фосфор практически не токсичен и гораздо безопаснее в работе и хранении, чем белый фосфор. Поэтому в промышленном производстве фосфидов, фосфоросодержащих удобрений, разных производных фосфорной кислоты чаще всего используют красный фосфор.
Сам красный фосфор в основном применяется для изготовления спичек. Он входит в «тёрочную» смесь, которую наносят на коробок. Также его используют в смазочных материалах, в зажигательных составах, топливе, в производстве ламп накаливания.
Не знаете, где купить красный фосфор?
Купить красный фосфор и различные другие химреактивы можно в одном из крупнейших магазинов оборудования для лабораторий , «ПраймКемикалсГрупп». У нас доступные цены и удобная доставка по Москве и области, а квалифицированные менеджеры помогут сделать выбор.
Всё о Красном Фосфоре
ФОСФОР (от греч. phosphoros - светоносный; лат. Phosphorus) - один из самых распространённых элементов земной коры, находящийся в 3 периоде, в 5 группе главной подгруппе. Его содержание составляет 0,08-0,09 % её массы. Концентрация в морской воде 0,07 мг/л. В свободном состоянии не встречается из-за высокой химической активности. Образует около 190 минералов, важнейшими из которых являются апатит Ca5(PO4)3(F,Cl,OH) фосфорит Ca3(PO4)2 и другие. Фосфор содержится во всех частях зелёных растений, ещё больше его в плодах и семенах. Содержится в животных тканях, входит в состав белков и других важнейших органических соединений (АТФ, ДНК), является элементом жизни.
История
Фосфор открыт гамбургским алхимиком Хеннигом Брандом в 1669 году. Подобно другим алхимикам, Бранд пытался отыскать философский камень, а получил светящееся вещество. Бранд сфокусировался на опытах с человеческой мочой, так как полагал, что она, обладая золотистым цветом, может содержать золото или нечто нужное для добычи. Первоначально его способ заключался в том, что сначала моча отстаивалась в течение нескольких дней, пока не исчезнет неприятных запах, а затем кипятилась до клейкого состояния. Нагревая эту пасту до высоких температур и доводя до появления пузырьков, он надеялся, что, сконденсировавшись, они будут содержать золото. После нескольких часов интенсивных кипячений получались крупицы белого воскоподобного вещества, которое очень ярко горело и к тому же мерцало в темноте. Бранд назвал это вещество phosphorus mirabilis (лат. «чудотворный носитель света»). Открытие фосфора Брандом стало первым открытием нового элемента со времён античности.
Несколько позже фосфор был получен другим немецким химиком - Иоганном Кункелем.
Независимо от Бранда и Кункеля фосфор был получен Р. Бойлем, описавшим его в статье «Способ приготовления фосфора из человеческой мочи», датированной 14 октября 1680 года и опубликованной в 1693 году.
Усовершенствованный способ получения фосфора был опубликован в 1743 году Андреасом Маргграфом.
Существуют данные, что фосфор умели получать еще арабские алхимики в XII в.
То, что фосфор - простое вещество, доказал Лавуазье.
Происхождение Названия
В 1669 году Хеннинг Бранд при нагревании смеси белого песка и выпаренной мочи получил светящееся в темноте вещество, названное сначала «холодным огнём». Вторичное название «фосфор» происходит от греческих слов «φῶς» - свет и «φέρω» - несу. В древнегреческой мифологии имя Фосфор (или Эосфор, др.-греч. Φωσφόρος) носил страж Утренней звезды.
Получение Фосфора
Фосфор получают из апатитов или фосфоритов в результате взаимодействия с коксом и кремнезёмом при температуре 1600 °С:
2Ca3(PO4)2 + 10C + 6SiO2 → P4 + 10CO + 6CaSiO3
Образующиеся пары белого фосфора конденсируются в приёмнике под водой. Вместо фосфоритов восстановлению можно подвергнуть и другие соединения, например, метафосфорную кислоту:
4HPO3 + 12C → 4P + 2H2 + 12CO
Физические Свойства
Элементарный фосфор в обычных условиях представляет собой несколько устойчивых аллотропических модификаций; вопрос аллотропии фосфора сложен и до конца не решён. Обычно выделяют четыре модификации простого вещества - белый, красный, черный и металлический фосфор. Иногда их ещё называют главными аллотропными модификациями, подразумевая при этом, что все остальные являются разновидностью указанных четырёх. В обычных условиях существует только три аллотропических модификации фосфора, а в условиях сверхвысоких давлений - также металлическая форма. Все модификации различаются по цвету, плотности и другим физическим характеристикам; заметна тенденция к резкому убыванию химической активности при переходе от белого к металлическому фосфору и нарастанию металлических свойств.
Красный Фосфор
Красный Фосфор , также называемый фиолетовым фосфором, - это более термодинамически стабильная модификация элементарного фосфора. Впервые он был получен в 1847 году в Швеции австрийским химиком А. Шрёттером при нагревании белого фосфора при 500 °С в атмосфере угарного газа (СО) в запаянной стеклянной ампуле.
Красный фосфор имеет формулу Рn и представляет собой полимер со сложной структурой. В зависимости от способа получения и степени дробления красного фосфора, имеет оттенки от пурпурно-красного до фиолетового, а в литом состоянии - тёмно-фиолетовый с медным оттенком металлический блеск. Химическая активность красного фосфора значительно ниже, чем у белого; ему присуща исключительно малая растворимость. Растворить красный фосфор возможно лишь в некоторых расплавленных металлах (свинец и висмут), чем иногда пользуются для получения крупных его кристаллов. Так, например, немецкий физико-химик И. В. Гитторф в 1865 году впервые получил прекрасно построенные, но небольшие по размеру кристаллы (фосфор Гитторфа). Красный Фосфор на воздухе не самовоспламеняется, вплоть до температуры 240-250 °С (при переходе в белую форму во время возгонки), но самовоспламеняется при трении или ударе, у него полностью отсутствует явление хемолюминесценции. Нерастворим в воде, а также в бензоле, сероуглероде и других, растворим в трибромиде фосфора. При температуре возгонки красный фосфор превращается в пар, при охлаждении которого образуется в основном белый фосфор.
Ядовитость Красного Фосфора в тысячи раз меньше, чем у белого, поэтому он применяется гораздо шире, например, в производстве спичек (составом на основе красного фосфора покрыта тёрочная поверхность коробков)
Состав «ТЁРКИ»
|
Красный Фосфор |
30,8 % |
|
Трёхсернистая Сурьма |
41,8 % |
|
Железный Сурик |
12,8 % |
|
Мел |
2,6 % |
|
Белила Цинковые |
1,5 % |
|
Стекло Молотое |
3,8 % |
|
Клей Костный |
6,7 % |
Плотность красного фосфора также выше, и достигает 2400 кг/м³ в литом виде. При хранении на воздухе красный фосфор в присутствии влаги постепенно окисляется, образуя гигроскопичный оксид, поглощает воду и отсыревает («отмокает»), образуя вязкую фосфорную кислоту; поэтому его хранят в герметичной таре. При «отмокании» - промывают водой от остатков фосфорных кислот, высушивают и используют по назначению.
Химические Свойства
Химическая активность фосфора значительно выше, чем у азота. Химические свойства фосфора во многом определяются его аллотропной модификацией. Белый фосфор очень активен, в процессе перехода к красному и чёрному фосфору химическая активность резко снижается. Белый фосфор на воздухе светится в темноте, свечение обусловлено окислением паров фосфора до низших оксидов. В жидком и растворенном состоянии, а также в парах до 800 °С фосфор состоит из молекул Р4. При нагревании выше 800 °С молекулы диссоциируют: Р4 = 2Р2. При температуре выше 2000 °С молекулы распадаются на атомы.
Взаимодействие с Простыми Веществами
Фосфор легко окисляется кислородом:
4P + 5O2 → 2P2O5 (с избытком кислорода)
4P + 3O2 → 2P2O3 (при медленном окислении или при недостатке кислорода)
Взаимодействует со многими простыми веществами - галогенами, серой, некоторыми металлами, проявляя окислительные и восстановительные свойства:
с металлами - окислитель, образует фосфиды:
2P + 3Ca → Ca3P2, 2P + 3Mg → Mg3P2
фосфиды разлагаются водой и кислотами с образованием фосфина с неметаллами - восстановитель:
2P + 3S → P2S3, 2P + 3Cl2 → 2PCl3. Не взаимодействует с водородом.
Взаимодействие с Водой
Взаимодействует с водой, при этом диспропорционирует:
8Р + 12Н2О = 5РН3 + 3Н3РО4 (фосфорная кислота)
Взаимодействие со Щелочами
В растворах щелочей диспропорционирование происходит в большей степени:
4Р + 3KOH + 3Н2О → РН3 + 3KН2РО2
Восстановительные Свойства
Сильные окислители превращают фосфор в фосфорную кислоту:
3P + 5HNO3 + 2H2O → 3H3PO4 + 5NO
2P + 5H2SO4 → 2H3PO4 + 5SO2 + 2H2O
Реакция окисления также происходит при поджигании спичек, в качестве окислителя выступает бертолетова соль:
6P + 5KClO3 → 5KCl + 3P2O5
Применение
Фосфор является важнейшим биогенным элементом и в то же время находит очень широкое применение в промышленности. Красный фосфор применяют в производстве спичек. Его вместе с тонко измельчённым стеклом и клеем наносят на боковую поверхность коробка. При трении спичечной головки, в состав которой входят хлорат калия и сера, происходит воспламенение.
Токсикология Элементарного Фосфора
Красный фосфор практически нетоксичен. Пыль красного фосфора, попадая в легкие, вызывает пневмонию при хроническом действии.
Белый фосфор очень ядовит, растворим в липидах. Смертельная доза белого фосфора - 50-150 мг. Попадая на кожу, белый фосфор дает тяжелые ожоги.
Острые отравления фосфором проявляются жжением во рту и желудке, головной болью, слабостью, рвотой. Через 2-3 суток развивается желтуха. Для хронических форм характерны нарушение кальциевого обмена, поражение сердечно-сосудистой и нервной систем. Первая помощь при остром отравлении - промывание желудка, слабительное, очистительные клизмы, внутривенно растворы глюкозы. При ожогах кожи обработать пораженные участки растворами медного купороса или соды. ПДК паров фосфора в воздухе производственных помещений - 0,03 мг/м³, временно допустимая концентрация в атмосферном воздухе - 0,0005 мг/м³, ПДК в питьевой воде - 0,0001 мг/дм³.
Общие сведения и методы получения
Фосфор (Р)-неметалл. Открыт в 1669 г. Брэндом (Германия), получившим светящееся в темноте вещество. Первоначальное название «холлодный огонь», более позднее - фосфор, от греческого «phosph6ros» - светоносный.
Лавуазье установил элементарную природу фосфора. В 1771 г. Шее-ле предложил метод получения фосфора из костной золы путем прокаливания ее с углем.
Во второй половине XIX в. было организовано промышленное производство фосфора из фосфоритов в ретортных печах; в начале XX в. иа смену им пришли электрические печи.
Важнейшими из минералов, содержащих фосфор, являются апатиты и фосфориты. Содержание фосфора (в пересчете на Р2О5) в апатитах составляет от 20 до 41 %.
Фосфориты - минералы осадочного происхождения, главная составляющая которых - фосфаты кальция; кроме того, в них присутствуют многочисленные включения кварца, кальцита, глауконита и др., а также органические вещества. Содержание фосфора (в пересчете на Р2О5) в фосфоритах 5-36 %.
В настоящее время фосфор получают, прокаливая фосфориты или апатиты в электрических печах с песком (Si0 2) и углем (С) без доступа воздуха. Выделяющиеся пары фосфора конденсируются в приемнике под водой.
Физические свойства
Атомные характеристики. Атомный номер 15, атомная масса 30,973 а. е.м. атомный объем 13,93-10 _в м 3 /моль. Атомный радиус 0,134 нм, ионные радиусы Р 6 +, Р 3 +, Р 3 - 0,035; 0,044; 0,186 нм соответственно. Электроотрицательность 2,1. Конфигурация внешних электронных оболочек 3s 2 3p 3 . Значения потенциалов ионизации / (эВ): 10,55; 19,65; 30,16.
Красный фосфор - аморфное вещество; цвет - от коричневого до фиолетового; образуется при нагревании белого фосфора без доступа воздуха до 250-300 °С в течение нескольких часов. При длительном нагревании красного фосфора выше 450 °С существуют его различные кристаллические формы: триклннная, кубическая, тетрагональная и др.
Черный фосфор образуется при нагревании белого фосфора до 200-220 °С и давлении 1,2-1,7 ГПа. Указанное превращение в присутствии ртути и небольшого количества кристаллов черного фосфора осуществляется-при нормальном давлении и температуре 370°С в течение 8 сут.
Существуют аморфная и кристаллическая формы черного фосфора. Кристаллы черного фосфора имеют ромбическую решетку с параметрами: л = 0,331 нм, 6 = 0,438 нм, с=1,050 нм. В элементарной ячейке - 8 атомов.
Энергия кристаллической решетки 315 мкДж/кмоль. Сродство атомов к электрону 0,8-0,9 эВ; энергия диссоциации молекул 5,0 эВ. Эффективное поперечное сечение захвата тепловых нейтронов 19-Ю -30 м г.
Плотность. Белый фосфор: а-модификация имеет плотность р = = 1,828 Мг/м 3 , 6-модификация 1,880 Мг/м 3 . Плотность желтого 2,223 Мг/м 3 , кристаллического черного 2,702 Мг/м 3 , аморфного черного 2,250 Мг/м 3 , красного от 2,000 до 2,400 Мг/м 3 .
Химические свойства
Фосфор проявляет степени окисления +5, 4-3, -3. Электрохимический эквивалент фосфора со степенью окисления +5 равен 0,06421 мг /Кл.
Различные модификации фосфора резко различаются по химической активности: белый, красный, черный (в порядке уменьшения активно* сти).
Мелко измельченный белый фосфор самовоспламеняется на возду» хе, в компактной форме возгорается при нагреве выше 50 °С.
Красный фосфор при нормальной температуре и влажности с пара» ми воды и кислородом реагирует медленно, однако большие количества его при хранении на воздухе воспламеняются.
Черный фосфор более устойчив: его можно безопасно обрабатывать на воздухе.
С водородом фосфор в обычных условиях ие взаимодействует, поэтому соединения этих элементов получают косвенными путями, а именно: действием кислоты или воды на фосфиды металлов, кипячением белого фосфора с раствором едкого кали, термическим разложением низших кислот фосфора и др.
Известны следующие водородные соединения фосфора: фосфин РНз, дифосфин Р 2 Н 4 и твердые низшие гидриды фосфора, отвечающие общей формуле РгпН„. Фосфин - сильный восстановитель.
Твердые низшие гидриды фосфора (РгпН„) являются полимерами н во многих отношениях напоминают органические пластмассы и фосфатные стекла.
Фосфор образует с кислородом ряд оксидов.
Оксид фосфора (V) Р 2 0 5 , или фосфорный ангидрид, - белый, гигроскопичный порошок, который возгоняется при 360 °С и атмосферном давлении. Под действием света Р2О5 светится зеленым светом.
Фосфорный ангидрид взаимодействует с металлами, образуя смесь фосфатов и фосфидов; с галогенидами, кроме фтора, не реагирует; дегидратирует многие органические вещества; реагирует со спиртами, фенолами, эфирами, алкилфосфатами и др.; при сплавлении с основными оксидами образует твердые фосфаты.
Оксид фосфора (III) Р 2 0 3 , или фосфористый ангидрид, представляет собой летучие белые кристаллы, ядовит, хорошо растворяется в органических растворителях, при продолжительном хранении самопроизвольно распадается. Обладает сильно выраженными восстановительными свойствами, реагирует с хлором и бромом, образуя оксигалогениды.
Оксид фосфора (IV), или тетраоксид фосфора Р0 2 (Р20 4), является полимером (Р0 2)„, представляет собой блестящие прозрачные кристаллы, которые возгоняются выше 780 °С, на воздухе расплываются, поглощая влагу, хорошо растворяются в воде.
С фтором фосфор реагирует со взрывом; в атмосфере хлора и брома белый фосфор воспламеняется на холоду; с красным фосфором реакция протекает спокойно; с иодом белый фосфор взаимодействует при охлаждении, красный фосфор - прн подогревании. Галогениды фосфора чрезвычайно реакционноспособны; химическая активность уменьшается от фторидов к иодидам, аналогично уменьшается прочность.
При сплавлении фосфора с серой ниже 100 °С образуются твердые растворы; выше 100 °С - кристаллические сульфиды P 4 S 3 , P 4 S 5 , P4S7, P 4 S, 0 .
При смешении свежеперегнанного оксида фосфора (III) Р 4 0б с рассчитанным количеством серы в атмосфере азота образуются оксисуль-фиды фосфора: P 2 0 3 S 2 , P 2 0 2 S 3 , P 4 0 4 S 3 , P 6 O 10 S5. Известны и полимерные сульфиды, состав которых соответствует молярному отношению 0 < Я/5 < 0,4.
С углеродом фосфор реагирует в парах при высоких температурах (выше 2000 °С).
При взаимодействии хлорида фосфора (III) РС1 3 с ацетиленмагний-иодндом (C 2 Mg 2 l2) образуется желтовато-белый аморфный осадок карбида (РС 3), ие растворяющийся в обычных растворителях и не разрушающийся кислотами и щелочами, но загорающийся при самом слабом нагревании с выделением углерода
Пары фосфора реагируют с азотом в электрическом разряде, образуя твердые нитриды. Чистые нитриды белого цвета, при комнатной температуре инертны, не взаимодействуют с водой, хлором, соляной кислотой и разбавленной серной кислотой. Полностью разлагаются кипящей концентрированной серной кислотой. Выше 500-700 °С нитриды фосфора диссоциируют с образованием азота и элементарного фосфора.
С металлами, а также с более электроположительными элементами (В, Si, As и др.) фосфор образует фосфиды, бурно реагирующие с водой н минеральными кислотами.
Фосфиды металлов подгруппы меди термически неустойчивы, не растворяются в азотной кислоте даже при кипячении, являются полупроводниками.
Фосфиды металлов подгруппы цинка легко разлагаются водой и кислотами, в токе кислорода легко сгорают, сухой водород на них не действует, фтор действует уже при комнатной температуре, а хлор, бром и иод - только при нагревании.
Фосфиды переходных металлов, а также лантаноидов и актиноидов по физическим свойствам близки либо к полупроводникам (VP, NbP, ТаР, CrP, МоР, WP, МпР), либокметаллам (TiP, ZrP, HtP). В химическом отношении они относительно устойчивы, их химическая стойкость понижается с уменьшением содержания фосфора. Фосфиды неметаллов и так называемых полуметаллов - ковалентные соединения, представляющие собой либо диэлектрики, либо полупроводники. Фосфиды элементов подгруппы бора уменьшают химическую активность от BP к InP, а ТеР при обычных условиях вообще не образуется.
Фосфиды элементов IV группы (Si, Ge, Sn, Pb) и V группы Периодической системы (As, Sb) в химическом отношении нестойки.
С кремнием фосфор образует Si 2 P и SiP, с германием GeP, с оловом Sn 4 P 3 и SnP 4 , со свинцом РЬ 3 Р 2 , с мышьяком AsP, с сурьмой SbP. Фосфиды висмута не образуются.
При нагревании фосфора в парах НС! образуется фосфин РН 3 , в продуктах взаимодействия фосфора с НВг выделен бромид фосфония РН 4 Вг, с HI - диноднд фосфора Р 2 1 4 и иодид фосфония РН 4 1.
При нагревании фосфора с водными растворами сильных щелочей образуется фосфин РН 3 .
С водой фосфор не взаимодействует, но прн температурах 600- 900 °С под давлением и в присутствии катализаторов (Pt, Ti, Zr, Си) образуются фосфорная кислота Н 3 Р0 4 и водород.
Белый фосфор легко окисляется водными растворами солей металлов, имеющих низкий окислительно-восстановительный потенциал (Си, Ag, Аи, РЬ и др.); красный и черный фосфор не окисляются.
Фосфорорганические соединения по своей структуре можно условно разделить на фосфорсодержащие карбоновые кислоты и их производные (эфиры, амиды и т. д.), а также фосфины, их производные и родственные им вещества. Во всех этих соединениях имеется непосредственная связь между фосфором и углеродом.
Области применения
Элементарный фосфор применяется в военном деле, в спичечной промышленности, для производства термической фосфорной кислоты, полифосфатов, хлоридов, сульфидов, фосфидов и других соединений.
В металлургии фосфор используют для легирования сталей (автоматная сталь до 0,15% Р, нержавеющие стали до 0,3 % Р и и т. д.),
чугуна (фосфористый чугун до 0,8 % Р). Сплав медь - магний фосфор (до 1,4 % Р) обладает высокой электропроводностью и слабо разупроч-няется при нагреве; промышленный сплав меди с фосфором (7 % Р) отличается сверхпластичностью в области температур деформирования (400-600 °С); многие фосфорсодержащие сплавы применяют в качестве припоев; спеченные антифрикционные фосфорсодержащие сплавы (до 2 % Р), обладающие высокой механической прочностью, износостойкостью, прирабатываемостью, используют взамен железографита, бронзо-графита и бронзы; спеченные фрикционные сплавы (до 1 % Р) применяют для создания магнитио-мягких материалов, магнитопроводов и других изделий; фосфорсодержащие сплавы наносят в виде покрытий для защиты материалов от изнашивания, коррозии; пленки из сплавов Со- Р, Ni -Р, Со- Fe -Р, Со- W -Р ферромагнитны, их применяют для создания элементов памяти в вычислительных машинах.
Фосфор вводят в состав некоторых бронз (фосфористая бронза - 0,5-1,2 % Р), повышая их жидкотекучесть и стойкость против истирания.
Поверхностная обработка стальных изделий - фосфатирование - обеспечивает защиту их от коррозии.
Фосфор используют как раскислитель в производстве сплавов цветных металлов (до 1 % Р), что увеличивает их жаропрочность (фехраль, хромаль и др.).
Применяют фосфор также для получения полупроводников - фосфидов галлия и индия, в состав других полупроводников его вводят в небольших количествах в качестве необходимой добавки.
Фосфорная кислота используется для изготовления концентрированных фосфорных удобрений (двойной суперфосфат, преципитат, нитрофоска, нитрофос и др.). реактивов.
Фосфаты аммония применяют для пропитки тканей, пластика, дерева для придания им огнестойких свойств; Фосфаты Fe, Na, К, Са - компоненты буровых жидкостей, зубных паст; фоефаш Са и аммония используют для производства эмалей и в фармацевтической промышленности.
Мегафосфаты применяют в промышленноеш для умягчения воды и снижения ее коррозионной активности, для удаления накипи в паровых котлах, вводят в состав некоторых моюших средств.
Полифосфаты применяют в производстве синтетических моющих средств.
Фосфиды имеют следующие области применения: Фосфид бора - для датчиков э. д. с Холла, полупроводниковых приборов, приемников ИК-излучения, рабочих тел квантовых генераторов; фосфид меди - для пайки лаауни: фосфид никеля - для создания износостойких покрытий на деталих машин.
Оксид (V) фосфора Р 2 О ч используется в качестве осушающего агента, для дегидратации при получении метнлмечакрнлатных смол.
Широкое применение в промышленное m нашли хлориды фосфора в производстве красителей, инсектицидов, лекарств, поверхностно-активных веществ и как эффективное хлорирующее средство
Области применения сульфидов фосфора - производство флотационных реагентов, антикоррозионных добавок к маслам и горючему, фос-форорганических инсектицидов (тиофос, карбофос и др.). Фосфороргани-ческие соединения - термостойкие ч огнестойкие лаки, клеи - для модификации полимеров, для получения неорганического каучука.
Атомная промышленность использует комплексные соединения фосфора для извлечения редких и трансурановых элементов из руд.
Фосфор – химический элемент с атомным номером 15. Располагается в V группе периодической системы Д.И. Менделеева. Химическая формула фосфора Р.
Своё название фосфор получил от греческого phosphoros, что означает "светоносный".
Фосфор довольно распространён в земной коре. Его содержание составляет 0,08-0,09% всей массы земной коры. А в морской воде фосфора содержится 0,07 мг/л.
Фосфор имеет высокую химическую активность, поэтому в свободном состоянии не встречается. Но зато он образует почти 190 минералов. Фосфор называют элементом жизни. Он содержится в зелёных растениях, животных тканях, белках и других важнейших химических соединениях.
Модификации фосфора
Известно, что некоторые химические элементы могут существовать в виде двух или более простых веществ, отличающихся своим строением и свойствами. Это явление называется аллотропией. Так вот, фосфор имеет несколько аллотропных модификаций. Все эти модификации различны по своим свойствам. Самыми распространёнными являются белый фосфор, жёлтый фосфор, красный фосфор, чёрный фосфор.
Белый фосфор – простое вещество белого цвета. Его молекулярная формула Р 4 . По внешнему виду белый фосфор похож на парафин. Он деформируется даже при небольших усилиях и легко режется ножом. В темноте заметно бледно-зелёное свечение, исходящее от фосфора. Это явление называют хемилюминесценцией.
Белый фосфор – химически активное вещество. Он легко окисляется кислородом и легко растворяется в органических растворителях. Поэтому хранят его в специальных инертных средах, которые не вступают в химические реакции. Плавится белый фосфор при температуре +44,1 °C. Белый фосфор – очень ядовитое вещество.
Жёлтый фосфор – это неочищенный белый фосфор, или белый фосфор с примесями. Температура плавления +34 °C, кипения +280 °C. Как и белый, жёлтый фосфор не растворяется в воде. На воздухе окисляется и легко воспламеняется. Ему также присуще явление хемилюминесценции.
Красный фосфор получается при нагревании белого фосфора до высоких температур. Формула красного фосфора Р n . Это полимер сложной структуры. В зависимости от условий получения цвет красного фосфора может меняться от светло-красного до тёмно-коричневого. Химически красный фосфор гораздо менее активен, чем белый. Растворяется он лишь в расплавленном свинце и висмуте. На воздухе не воспламеняется. Это может произойти только при нагревании до 240-250 о С при возгонке его в белую форму фосфора. Но он может самовоспламеняться при ударе или трении. Явление хемилюминесценции у красного фосфора не наблюдается. Он не растворяется в воде, бензоле, сероуглероде. Растворим лишь в трибромиде фосфора. При хранении на воздухе постепенно окисляется. Поэтому хранят его в закрытой герметичной таре.
Красный фосфор почти не ядовит. Поэтому именно он применяется в производстве спичек.
Чёрный фосфор внешне похож на графит. Впервые чёрный фосфор был получен в 1914 г. из белого фосфора при давлении в 20 тысяч атмосфер (2·10 9 Па) и температуре 200 о С. Плавится чёрный фосфор при температуре 1000 о С и давлении 18·10 5 Па. Чёрный фосфор не растворяется ни в вводе, ни в органических растворителях. Гореть он начинает только в том случае, если его раскаляют до температуры +400 о С в чистом кислороде. Чёрный фосфор обладает свойствами полупроводниковых материалов.
Химические свойства элементарного фосфора
1. Элементарный фосфор окисляется кислородом
В среде с избыточным кислородом
4Р + 5О 2 → 2Р 2 О 5
При недостатке кислорода
4Р + 3О 2 → 2Р 2 О 3
2. Взаимодействует с металлами, при нагревании образуя фосфиды
3Mg + 2P → Mg 3 P 2
3. Взаимодействует с неметаллами
2Р + 5Cl 2 → 2PCl 5
4. При температуре +500 о С взаимодействует с водяным паром
8Р +12Н 2 О → 5РН 3 + 3Н 3 РО 4
Применение фосфора
Главный потребитель фосфора – сельское хозяйство. Большое количество всего получаемого фосфора используется для производства фосфорных удобрений: фосфоритной муки, простых и двойных суперфосфатов, комплексных азотно-фосфорных удобрений. Широко используется фосфор в производстве синтетических моющих средств, фосфатных стёкол, для обработки и крашения натуральных и синтетических волокон. В медицине препараты фосфора применяются в качестве лекарственных средств.
Предыдущая статья: Чему равна скорость света Следующая статья: Углерод — характеристика элемента и химические свойства